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钢结构的连接方式有哪些类型?
钢结构常见的连接方式有焊接、螺栓连接(普通螺栓连接、高强度螺栓连接)、铆接等。
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螺栓的主要分类
按性能等级分为3.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9等等级,8.8级及以上螺栓采用低碳合金钢或中碳钢制成,并经热处理(淬火+回火),俗称高强度螺栓,8.8级以下一般称为普通螺栓。小数点前后的数字分别代表螺栓材料的公称抗拉强度和屈强比。
常用的普通螺栓有六角螺栓、双头螺栓、地脚螺栓等,高强螺栓又分为扭剪型高强螺栓和大六角高强螺栓。
通常按传力方式分为剪力螺栓、拉力螺栓和既剪又拉螺栓。剪力连接——依靠螺杆承受压力和剪切来传递垂直于杆轴线的外力。拉力连接——依靠螺杆的拉力来传递平行于杆轴线的外力,板片有相互脱离的趋势;拉剪联合连接——依靠螺杆既传递垂直于杆轴线的外力,也传递平行于杆轴线的外力,板片之间既有相对位移,又有相互脱离的趋势。
高强度螺栓按计算设计方法可分为摩擦型连接和承压型连接。
摩擦型连接——剪力仅靠挤压力产生的摩擦阻力来传递,以剪力不超过摩擦阻力(不允许接触面滑移)为设计准则。
压力型连接——允许接触面滑移,以连接达到破坏的极限承载力作为设计准则。它的承载力比摩擦型高,连接紧密,但剪切变形比摩擦型大。
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螺栓排列及螺栓间距要求
螺栓排列方式可分为平行和交错两种。平行:螺栓排列简单、整齐、紧凑,连接板尺寸较小,但构件截面削弱;交错:螺栓排列不紧凑,连接板尺寸较大,构件截面削弱。交错:螺栓排列不紧凑,连接板尺寸较大,构件截面削弱。
螺栓边距和中心距不宜过大,防止板件配合松散和湿气侵入腐蚀钢材。对于受拉构件,中心距和边距过小,连接板截面削弱过多,存在螺栓沿直线方向破坏或折线净截面破坏,连接钢筋受剪的可能性;对于受压构件,沿力方向螺栓间距过大,连接板件易发生凸弯。螺栓最大、最小允许间距见下表。
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螺栓剪力连接的工作性能
剪力连接是最常见的螺栓连接形式,剪切试验后可得到试件上a、b点间的相对位移与力的关系曲线,从加载到构件破坏共经历四个阶段。
1)摩擦力传递弹性阶段(O1斜直线段):荷载靠板间接触面的摩擦力来传递,螺栓杆与孔壁之间的间隙保持不变,此阶段处于弹性阶段,时间很短,可以忽略不计。
2)相对滑移阶段(12条水平线段):随着荷载的增加钢结构用扭剪型高强度螺栓连接,剪力达到最大摩擦力,板间发生相对滑移,直至螺栓杆接触孔壁。
3)弹塑性阶段(23曲线):螺栓杆除承受剪力外,还承受弯矩和轴拉力钢结构用扭剪型高强度螺栓连接,孔壁受到挤压。当达到点“3”时,螺栓或连接板已达到其弹性极限。
4)破坏阶段(34曲线):在此阶段即使荷载稍有增加,连接的剪切变形也迅速增加,直至连接最终破坏,曲线最高点“4”对应的荷载即为极限荷载。
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螺栓失效形式有哪些?
螺栓损坏的主要形式有:(1)螺栓杆被剪断;(2)孔壁被挤压、损坏;(3)板片被拉断;(4)板片端部被剪断;(5)螺杆弯曲、损坏。
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螺栓紧固要求
普通螺栓的拧紧:螺栓的拧紧顺序应从中间开始,向两侧对称进行,螺栓的拧紧应根据操作人员的感觉和连接接头的形状来确定,对于大型接头,应采用双倍拧紧,即两次拧紧方法,以保证接头中每个螺栓都能均匀受力;
高强度螺栓连接节点的初紧、再紧和最终紧固应按照节点刚度较大的部位向约束较小的方向、螺栓组中心向周围的顺序进行;采用高强度螺栓和焊接的连接节点,应先紧固螺栓,后焊接的施工顺序。
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高强度螺栓长度的确定方法
高强度螺栓的长度应以螺栓连接副最终拧紧后外露2-3个螺纹为标准,按下式计算,选定的高强度螺栓的公称长度应为调整后的长度,并应根据计算出的螺栓长度L以5mm为间隔进行舍入。
L=L′+△L
△L=M+NS+3P
在哪里:
L':连接板总厚度;
△L:附加长度,即紧固长度的加长值,该值按下表确定;
M:高强度螺母公称厚度;
N:垫圈数量,扭剪型高强螺栓为1个,大六角头高强螺栓为2个;
S:高强度垫片的公称厚度。当采用大圆孔或长槽孔时,该值按实际厚度确定;
P:螺纹螺距。3P表示螺栓有3个外露的螺纹。
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高强度螺栓设计考虑因素
高强度螺栓预应力与普通螺栓拧紧不同,普通螺栓一般用扳手拧紧,而高强度螺栓则需要专用设备操作,对于倾斜钢梁,要特别注意拧紧设备的最小操作空间,否则就会造成部分高强度螺栓无法拧紧。
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普通螺栓的结构和工艺要求有哪些?
普通螺栓作为永久连接螺栓时,有以下要求:
①螺栓头侧和螺母侧应分别设置平垫圈,螺栓头侧垫圈数量不应超过2个,螺母侧垫圈数量不应超过1个;
②对于承受动载荷或位于重要部位的螺栓连接,当设计有防松要求时,应采用有防松装置的螺母或弹簧垫圈,弹簧垫圈宜放在螺母一侧;
③对于工字钢、槽钢等具有倾斜面的螺栓连接,应采用斜垫圈;
④ 同一连接接头内螺栓数量不宜少于2个;
⑤螺栓拧紧后,外露螺纹不得少于2个,可用锤击法检查螺栓的拧紧质量。
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高强度螺栓的结构和工艺要求有哪些?
高强度螺栓的结构及工艺要求如下:
①高强度大六角头螺栓连接副由一个螺栓、一个螺母和两个垫圈组成,扭剪型高强度螺栓连接副由一个螺栓、一个螺母和两个垫圈组成;
②安装环境温度应不低于-10℃;
③现场安装时,高强螺栓应能自由穿入螺栓孔内,不得强行拧入;
④高强螺栓若拧得过紧,需更换,更换下来的螺栓应报废,不得再使用;
⑤高强螺栓的长度应按螺栓连接副最终拧紧后露出2~3个螺纹的标准计算。
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